Принципы работы

Тип матрицы TFT в настоящее время можно найти во многих мониторах, которые являются жидкокристаллическими. В основе технологии лежит использование тонкопленочного транзистора. Более того, каждый пиксель получает до четырех транзисторов. И все это благодаря активной матричной технологии.

Современные мониторы работают по определенной схеме. Она заключается в том, что каждый пиксель имеет в себе базовые цвета – красный, синий и зеленый. Исходя из них появляются уже остальные цвета. Так, в каждом пикселе есть три ячейки света, к которым подключен отдельный транзистор. Благодаря ему сообщается, какие цвета необходимо передавать. В совокупности данные пиксели и обеспечивают появление изображения на экране. Эта схема также называется RGB.

Как устроен LCD дисплей

Устройство LCD дисплея напоминает собой сэндвич. То есть, различные слои наложены друг на друга. В основе лежат пластины из стекла или, редко, из пластика. А между этими пластинами находится «начинка»:

• тонкоплёночный транзистор,
• цветной фильтр, который содержит основные цвета (красный, зелёный и синий),
• слой жидких кристаллов.

Источником света в LCD мониторах являются флуоресцентные лампы или светодиоды.

ЖК матрица

Основой LCD дисплея является матрица. ЖК матрица же состоит из различных слоёв:

• рассеиватель света,
• электроды,
• стекло,
• поляризаторы,
• слой с жидкими кристаллами.

Изображение строится с помощью целого массива пикселей. Которые, в свою очередь, снабжены светодиодами красного, зелёного и синего цвета.

Пассивная матрица

Принцип работы пассивной матрицы состоит в том, что каждая строка и столбец дисплея имеет собственный драйвер. И этот драйвер быстро выполняет анализ сигнала для активации необходимых пикселей. Но в современных реалиях, при увеличении размеров монитора и параметров яркости, изготовление таких матриц становится затруднительным. Потому как приходится увеличивать мощность потока энергии через линию управления. И из-за этого светодиоды в таких дисплеях больше подвержены выгоранию.

Активная матрица

Этот вид матриц решает проблемы с потребляемой энергией за счёт внедрения TFT технологии. Тонкоплёночные транзисторы управляют током через светодиод. А значит, управляют и яркостью отдельного пикселя. В этом случае через матрицу может проходить и более слабый ток для понижения яркости экрана.

Таким образом, яркость, контрастность и отображение цвета на таких матрицах лучше. А потребляемая энергия меньше.

Модуль подсветки

Каждый LCD дисплей снабжён модулем подсветки, который и создаёт свет. Потому что, без дополнительного внутреннего свечения человеческий глаз попросту не распознает изображение.

На базе флуоресцентных ламп

Такой тип подсветки позволяет получить различные цвета, в том числе и белый цвет экрана, который чаще всего используется в LCD дисплеях. Потребление электроэнергии при подсветке флуоресцентными лампами невелико. Однако для стабильной работы нужен источник переменного напряжения 80-100 В.

Дисплеи с такой подсветкой потребляют меньше энергии, но срок службы не так уж и велик.

На базе светодиодов

В отличие от предыдущей схемы подсветки, светодиоды дают более продолжительный срок эксплуатации. А также большую яркость экрана. Такая подсветка может работать и без преобразователей. Но необходима установка токоограничительных транзисторов.

Модуль управления

Плата управления является важным узлом в устройстве дисплея.
Именно на этой плате располагается основная распиновка и два микропроцессора, отвечающие за функционирование монитора.

Первый микропроцессор это восьми битный микроконтроллер. Он отвечает за ряд простых, но очень нужных функций:

• работа кнопочной панели,
• включение и выключение монитора,
• функционирование подсветки.

Для того чтобы настройки монитора не сбивались, к этому микроконтроллеру прилагается схема памяти.

Назначение второго микропроцессора куда обширней. Ведь он отвечает за обработку аналогового сигнала и подготовку его вывода на ЖК-панель.

Таким образом, плату управления можно назвать мозгом дисплея. Потому что всё управление ЖК дисплеем проходит именно в цифровом виде. Сигнал, проходящий с видеокарты, попадает сюда, после чего мы и получаем изображение.

Блок питания

Блок питания ЖК монитора служит для преобразования переменного сетевого напряжения — 220V в постоянное, но небольшой величины, от 4 до 12V.

Стоит отметить, что некоторые неисправности ЖК мониторов возникают именно из-за проблем с блоком питания. Потому как из-за сильных скачков напряжения транзисторы перегорают.

Корпус

Всё, что было перечислено выше, упаковано в корпус монитора. В плане характеристик корпуса всё зависит от фантазий разработчиков. Будь то форма или материал, из которого он изготовлен.

Интересной частью корпуса является панель управления монитором. В этой роли выступают как обычные механические кнопки, так и интерактивные иконки на самом экране. А также каждый монитор снабжён всей необходимой распиновкой. А некоторые даже разъёмами для аудиосистемы.

OLED. Несостоявшиеся убийцы ЖКИ

Десять лет назад OLED-технологии пророчили славу могильщика жидкокристаллических индикаторов любых типов, и лишь в последние годы стало ясно, что прогнозы оказались преждевременными. OLED-модули потеснили ЖКИ в некоторых областях, но не достигли решающего преимущества: конкурирующие технологии расползлись по разным функциональным и маркетинговым комнатам большой дисплейной коммуналки, где всем пока хватает места. По большинству технических характеристик OLED с пассивной матрицей превосходят своих ЖК-собратьев. OLED и рассматривались как прямая замена устаревающей ЖК-технологии: даже форматы ЖК с пассивной матрицей и PMOLED зачастую повторяют друг друга: графические 132×64, 128×32, знакосинтезирующие 16×2, 20×2 и т. д. Достигнув 30–50 тыс. ч ресурса до половинного снижения яркости для некоторых популярных цветов свечения — зеленого и желтого (янтарного), OLED превзошли ЖКИ и по контрастности, и по температурному диапазону при максимально возможных углах обзора. Но все же часто сфера применения подобных дисплеев — это очень массовые и бюджетные решения, например приборы контроля и учета энергопотребления, а PMOLED в сборе (вместе с DC/DC-преобразователем) обходятся на 50–100% дороже аналогичного формата ЖКИ с подсветкой. Если же устройство портативное, то OLED с их и без того очень условными преимуществами по энергопотреблению (зависит от количества задействованных пикселей) при конкуренции с ЖКИ без подсветки однозначно проигрывают.

Участь же OLED-панелей с активной матрицей, AMOLED в области промышленных применений, оказалась не то чтобы трагической, но откровенно печальной. В отличие от большинства моделей PMOLED, практически все AMOLED-панели — полноцветные модули с замечательной цветопередачей. Привлекательные на первый взгляд продукты, отличающиеся широким рабочим температурным диапазоном без роста времени отклика на низких температурах, отсутствием ограничений по углам обзора и очень высокой контрастностью, на практике столкнулись с комплексом нерешенных проблем. Свойственная OLED сравнительно быстрая деградация при длительном воздействии высоких температур особо критична для AMOLED, проявляясь неравномерно по цветам. Характерное же для промышленных применений длительное отображение статичной картинки приводит к ускоренной деградации активных пикселей, а изначальная технологическая неоднородность структуры вызывает в ходе эксплуатации заметные на светлых фонах артефакты («грязь», пятна разных оттенков).

Рис. 4. Возможность производства гибких дисплеев и дисплеев с криволинейной поверхностью — преимущество OLED-технологии, пока не востребованное в промышленной электронике

Хотя относительно высокая цена по сравнению с TFT-модулями не становится фундаментальным препятствием для промышленных дисплеев, их интересней продавать пусть и с меньшей премией, но на по-настоящему массовом рынке мобильных устройств, где упомянутые технические изъяны не критичны, а то и вовсе не проявляются (рис. 4). Мало кто часами смотрит на неподвижную картинку на экране смартфона или телевизора, да и 50 000 тыс. ч ресурса здесь не требуется. Опыт CMEL (OLED-подразделение Innolux), в течение 4–5 лет производившего ограниченную номенклатуру OLED для промышленных применений, был неудачным, компании такой больше нет.

И все же технология OLED развивается, а проблемы деградации решаются, и в том или ином виде AMOLED вернутся в промышленные применения. Сейчас AUO развивает линейку модулей для автоэлектроники (дисплеи комбинаций приборов и центральной консоли), а в диапазоне диагоналей 3–6 дюймов есть как минимум несколько десятков предложений не только от AUO, но и от Samsung, BOE. Эти небезынтересные в общем-то для промышленной электроники продукты появляются столь же внезапно, как и исчезают, следуя за рынком смартфонов, GPS-навигаторов, игровых консолей и 3D-очков и шлемов.

Совершенно обособленная и полузакрытая для массового применения ниша AMOLED — сверхминиатюрные (0,5–1 дюйм) дисплеи высокого, до FHD и выше разрешения для таких совсем специфических изделий, как нашлемные визиры индикаторов тактической обстановки, визиры тепловизионных прицелов и тому подобные применения, терпимые к запредельно высоким ценам компонентов. Быстрый прогресс в данной области осуществляется избранными компаниями — китайской Olightek, американской eMagin и отчасти Sony и находится за скобками обычной промышленной электроники и ее системы дистрибьюции.

Чем дисплеи LTPO лучше остальных?

Дисплей – главный потребитель заряда батареи любых мобильных устройств. Главное преимущество LTPO в том, что технология делает «аппетиты» дисплеев заметно меньше. Она «учит» экраны менять частоту обновления в зависимости от отображаемого контента.

Если обычный дисплей всегда работает на частоте 60 Гц (ну или 90, 120, 144 Гц в сегодняшних продвинутых моделях смартфонов), то LTPO-экран способен динамически её изменять в зависимости от происходящего на экране.

Если вы смотрите видео или играйте в игру, то здесь для максимального комфорта глаз действительна нужна предельно высокая частота. Однако во время чтения веб-страниц, просмотра статичного текста или изображений потребности в максимальной частоте нет. Поэтому чтобы не тратить заряд аккумулятора разумно было бы её автоматически убавлять.

Samsung, рассказывая про Note 20 Ultra (первый смартфон с LTPO экраном) на официальном сайте, как ни странно, напрямую не упоминает эту технологию. Однако её наличие выдаёт название «адаптивный дисплей 120 Гц»

Эту возможность и даёт LTPO-дисплей. Его частота может варьироваться, адаптироваться к контенту как угодно. Если на экране долгое время отображается нечто абсолютно статичное, то частота обновления может быть понижена даже до 1 (!) Гц. На восприятие человеческим глазом это не повлияет, а вот экономия энергии будет приличной.

Samsung сообщает, что для среднестатистического пользователя экран LTPO может экономить около 22% заряда при работе со смешанным контентом. Если же пользователь делает упор на чтение и различный статичный контент, то экономия может достигать очень внушительных 60%.

LTPO не ухудшает качество дисплея, напротив, Samsung в Note 20 Ultra даже рассказывала про улучшенные характеристики экранов. Однако если вам что-то не нравится, то режим динамического изменения частот (VRR – variable refresh rate) всегда можно отключить в настройках. В таком случае смартфон будет работать с обычной постоянной частой экрана.

Note 20 Ultra позволяет выбрать между привычными 60 Гц и режимом 120 Гц, причём последний — адаптивный. Он включён по умолчанию и частота там может варьироваться от 1 до 120 Гц в зависимости от контента

Впрочем, ожидать чудес от LTPO экранов всё же не стоит. К примеру, как только Note 20 Ultra попал в руки журналистов, они протестировали его и выяснили, что гаджет даже уступает Note 10 Plus по времени автономной работы.

Отставание было вызвано частотой обновления 120 Гц (в Note 10+ только 60 Гц), существенно повышенной яркостью экрана и использованием мощнейшего Snapdragon 865+. Экономящий энергию LTPO-дисплей не смог перевесить суммарный эффект всех этих «похитителей заряда». В итоге Note 20 Ultra проиграл в тестировании.

Note 20 Ultra – смартфон с одним из самых ярких на сегодняшний день дисплеем, пиковая яркость в нём достигает 1500 нит. Также девайс в числе лидеров рейтинга безрамочных смартфонов

Оптическая склейка: заслуженное признание

Уже много лет подогреваемый интерес к технологии optical bonding — склейки внешнего защитного стекла и поверхности TFT-модуля посредством оптически прозрачного геля — наконец перешел в практическую плоскость, хотя и не совсем так, как ожидалось. Продемонстрированные ведущими производителями образцы TFT-панелей c защитными стеклами (как правило, с сенсорными панелями), наклеенными по такой технологии, как эффектное ноу-хау, убедили заказчиков в ее преимуществах: существенно меньшее (до 60%) отражение внешнего света за счет устранения границ раздела сред «стекло-воздух-стекло», отсутствие между стекол конденсата при перепадах температуры. В результате данная технология была быстро освоена многочисленными азиатскими производителями и интеграторами, а начиная с этого года внедряется и в российских компаниях применительно к TFT-модулям любых, даже бюджетных вариантов. Как и у любой сложной технологии, тут есть подводные камни: нарушение технологии склейки и просчеты с позиционированием заставят отправить в утиль всю сборку, попытки отклеить TFT-модуль от стекла превратятся в подлинный кошмар.

История создания TFT дисплея

Жидкие кристаллы были открыты еще тогда, когда никто не знал о мониторах. Они связаны с несколькими известными личностями, о которых знают во всем мире. Все началось с открытия жидких кристаллов ботаником из Австрии Фридрихом Райнитцером. Это произошло в 1888 году, когда он исследовал холестерины в растении. Путем опытов удалось получить вещество, обладающее кристаллической структурой. Также оно имело особенность при нагреве вести себя необычным образом. Когда температура достигала 145.5 градусов, то с веществом начинало происходить следующее. Оно становилось мутным и текло, кристаллическая структура сохранялась до 178.5 градусов. Только после этой отметки оно становилось жидким. Австрийский ботаник поспешил поделиться своим открытием с Отто Леманном, немецким физиком. Он тоже смог внести свой вклад в открытие. Необычная жидкость касательно оптических и электромагнитных свойств вела себя словно кристалл. Благодаря физику из Германии и появилось название жидкий кристалл, которое уже знакомо многим. Под ним понимают переходное состояние между твердым и изотропным жидким касательно вещества. Им сохраняется кристаллический порядок расположения молекул.

Также к истории стоит отнести фамилию русского физика Всеволода Константиновича Фредерикса. Он в 1927 году произвел открытие под названием «Переход Фредерикса». Со временем переход стал активно задействоваться в дисплеях жидкокристаллического типа. Далее изучение данного вопроса продолжалось. Компания RCA занималась электрооптическими эффектами в жидких кристаллах. Материалы из них уже тогда рассматривались для устройств, необходимых для отображения. С именем Джорджа Хейлмейера связано появление самого первого жидкокристаллического дисплея в 1964 году. Затем компании RCA удалось показать свой новый продукт. В 1968 году можно считать моментом выхода жидкокристаллического монохромного экрана. Далее марка «Шарп» создала калькулятор с ЖК дисплеем. После этого такие экраны уже можно было встретить в измерительных устройствах, калькуляторах и часах электронного типа.

Первое упоминание TN-effect – нематического эффекта относится к 1970 году. Его запатентовала швейцарская компания Хоффманн – ЛяРош. Далее уже в следующем году был получен патент аналогичного типа в США. Джеймсом Фергюсоном и компанией ILIXCO был выпущены LCD, созданные на основе TN-эффекта. Эта технология пригодилась для создания калькуляторов и электронных часов. Однако для больших экранов она еще не подходила. 1983 год был ознаменован важным событием. Швейцарские специалисты создали нематический материал нового типа для ЖК-экранов с пассивной матрицей. Он назывался STN, но еще имел свои недостатки. Работники компании «Шарп» для решения этого вопроса решили создать конструкцию Doudle STN, а в 1987 году ими был выпущен самый первый цветной 3-дюймовый жидкокристаллический экран. И через год ими же был представлен дисплей TFT LCD с диагональю в 14 дюймов.

Другие компании также занимались выпуск устройств с ЖК-экранами. Так, Casio в 1983 имела свой телевизор черно-белого типа с данной технологией, а затем могла похвастать цветным телевизором с ЖК-экраном портативного типа и видеокамеру с ЖК-экраном. В 90-х годах немало компаний начали разрабатывать варианты, которые бы стали альтернативой дисплеям TN и STN, а также в Германии запатентовали технологию IPS.

TN и TN+Film матрицы

Первые массовые мониторы оснащались матрицами TN. Это самый простой, но в то же время не самый качественный тип матрицы. Данная технология базируется на том, что при отсутствии напряжения субпиксели пропускают через себя свет, образуя на экране белую точку. При подаче напряжения на субпиксели, они выстраиваются в определенном порядке, образуя собой пиксель заданного цвета.

Из-за того, что стандартный цвет пикселя, при отсутствии напряжения, белый, данный тип матриц обладает не самой лучшей цветопередачей. Цвета отображаются более тускло и блекло, а черный цвет выглядит скорее темно-серым.

Но, кроме недостатков, в таких матрицах есть и свои достоинства. К ним принадлежит малое время отклика и относительно недорогая себестоимость.

Учитывая все достоинства и недостатки, можно сказать, что если вам необходим недорогой монитор для периодического использования в работе с документами или для серфинга в интернете, то мониторы с TN+Film матрицами отлично подойдут для данных нужд.

Годы разработки

В TCL заявляют, что специалисты компании потратили несколько лет на разработку данной технологии. Как долго они работали над ней на момент публикации материала известны не были.

Какие инновации изменят облик российских городов
Инновации и стартапы

Существует вероятность, что TCL будет выпускать устройства с экранами NXTPAPER под имеющимися в ее распоряжении брендами, в том числе и под собственным. К примеру, вместе с этой технологией она показала планшеты TCL 10 TabMax и 10 TabMid, продажи которых начнутся в IV квартале 2020 г., но обе эти модели оснащены классическими IPS-дисплеями с подсветкой и определенной долей излучаемого синего света.

Лучше, чем Е Ink

По заявлению разработчиков, экраны NXTPAPER не мерцают во время работы и не излучают синий свет. За счет этих особенностей они не создают нагрузку на зрительный аппарат, однако этими же преимуществами обладают и панели на электронных чернилах, в том числе и новая E Ink Kaleido, способная отображать 4096 оттенков цветов.

TCL уверена в превосходстве их разработки над LCD и даже над Е Ink

TCL сравнила NXTPAPER с такими экранами, заявив, что их разработка обладает на 25% более высокой контрастностью. Также она отметила, что NXTPAPER могут использоваться для просмотра видео, чем экраны на электронных чернилах ввиду невысокой скорости обновления похвастаться не могут. Также TCL заявила, что экраны нового типа смогут формировать полноцветное изображение в разрешении Full HD (1920х1080 точек). Количество отображаемых ими оттенков она предпочла не раскрывать.

LCD тоже не конкурент

Без сравнения ЖК-панелями тоже не обошлось – по официальным данным, матрицы NXTPAPER на 35% тоньше и на 65% более энергоэффективны.

Прототип планшета с экраном NXTPAPER

Определенное сходство у новинки TCL есть и с дисплеями OLED. Им, как известно, не требуется дополнительная подсветка в отличие от ЖК-матриц, и NXTPAPER тоже обходится без нее.

Независимость от подсветки здесь реализована путем использования специальных материалов с высокой отражающей способностью. По словам производителей, он «повторно использует естественный свет», то есть он отражает свет от внешних источников.

TFT дисплей: где используют

Сегодня TFT-дисплеи зачастую используются производителями мониторов. Как правило, речь идет о бюджетных моделях. При этом TFT-мониторы зачастую интересны кибер спортсменам и заядлым геймерам, которым важнее всего является не сочность картинки, а минимальное время отклика. Такие дисплеи применяются и в некоторых дешевых смартфонах, а также в других недорогих гаджетах.

Если вы работаете в офисе или учитесь, то наверняка хотя бы раз в жизни сталкивались с электронными калькуляторами. Здесь также активно используются пусть и маленькие, но удобные TFT-экраны. Это же относится и к электронным часам, которые были очень популярны до недавнего времени. Причем производители стараются устанавливать в такие устройства монохромные матрицы. Еще одним ярким примером служат электронные книги. Такие матрицы не требуют много энергии, являются очень дешевыми в плане стоимости изготовления, относительно безопасны для глаз пользователей.

Список заводов по производству ЖК-панелей

В этом списке перечислены текущие предприятия по производству ЖК-дисплеев, бывшие предприятия находятся под этой первой таблицей. ЖК-дисплеи выполнены на стеклянной подложке. Для OLED подложка также может быть пластиковой. Размер подложек указывается в поколениях, при этом в каждом поколении используется подложка большего размера. Например, подложка 4-го поколения больше по размеру, чем подложка 3-го поколения. Более крупная подложка позволяет вырезать больше панелей из одной подложки или изготавливать более крупные панели, подобно увеличению размеров пластин в полупроводниковой промышленности. Количество вводов панелей в месяц — это количество субстратов, которое может обработать завод в месяц.

Открыть

Бывший